蝴蝶兰黄花品系光合能力快速测定

王 威，黄丽娜，陈清西

（福建农林大学 园艺学院，福建 福州 350002）

蝴蝶兰Phalaenopsis amabilis为CAM植物，与C3、C4植物相比，其CO2的吸收存在着明显的时空不同步，这使传统的气体交换测量无法准确反映其光合能力。鉴于目前蝴蝶兰杂交品系众多，品系间光合能力存在明显差别，而关于蝴蝶兰光合能力的研究较少，因此，有必要建立一个新型实用的蝴蝶兰光合能力测定体系。本研究以5个蝴蝶兰黄花品系为试材，利用调制叶绿素荧光技术，通过比较其快速光曲线的相关参数，了解不同品系的光合能力，尝试建立一套蝴蝶兰光合能力快速测定技术。

1 材料与方法

1.1 植物材料与栽培管理

1.1.1 植物材料 供试蝴蝶兰盆苗购于漳州钜宝生物科技有限公司，均为出瓶栽培8～9月的无病毒健康植株（表1）。

1.1.2 栽培条件与水肥管理 试验于福建省亚热带植物研究所（厦门）进行。植株购入后，先置于人工气候培养箱（RXZ-280C，中国宁波江南生产）中。设定的栽培条件与原生长温室大棚相近。植株经适应性栽培一周后用于试验指标测定。

栽培条件：光照强度 300 μmol·m-2·s-1，光照时间12 h·d-1，日夜温度30/25 ℃，相对湿度75%～80%。

肥水管理：每周施用商用肥料Hyponex(20-20-20) 1 g·L-1，浇水量依盆内基质湿度而定。

表1 供试的5个黄花蝴蝶兰品系Table1 5 cultivars of yellow Phalaenopsis used for test

1.2 测量项目及方法

1.2.1 快速光曲线测量 快速光曲线测量于每日上午9∶00～11∶00进行。选取植株从上往下数第二片叶进行测量，每品系测3株，每植株重复测量至少3次，选取数据较好的曲线用于数据分析。

将超便携调制叶绿素荧光仪（MINI-PAM，Walz，Germany）与计算机连接，使用WinControl-3-3.18软件运行Light Curve程序，对样品进行测量。设置8个PAR梯度：151、285、424、581、847、1138、1715和2452 μmol·m-2·s-1，每梯度持续20 s，软件自动给出并记录对应的rETR。rETR随PAR的变化趋势图即为快速光曲线。

1.2.2 快速光曲线拟合 利用公式P = Pm×(1-e-α•PAR/Pm)×e-β•PAR/Pm拟合快速光曲线[1]，其中，P为光合速率，即相对电子传递速率rETR；Pm为最大光合速率，即最大相对电子传递速率rETRmax；α为初始斜率，反映光能利用效率；β为光抑制参数；半饱和光强Ik = Pm/α，反映强光耐受能力。曲线拟合采用最小二乘法，使用SPSS软件进行。

2 结果与分析

2.1 蝴蝶兰5个黄花品系快速光曲线

对 5个蝴蝶兰黄花品系的快速光曲线测量结果如图1所示。rETR随着光强的升高而升高，当光强达到光饱和点后，rETR达到最大值，即rETRmax；此后，rETR随光强升高而逐渐降低。由图1可知，大部分品系快速光曲线变化趋势基本一致，在较低光强下即达到饱和，仅Dtps.Fusheng Sweet Paradise‘Golden Leopard’表现为需较高光强达到光饱和，并具有较高的rETRmax。

图1 5个蝴蝶兰黄花品系的快速光曲线Fig.1 RLCs of 5 cultivars of yellow Phalaenopsis

2.2 快速光曲线拟合参数比较

对所得快速光曲线进行拟合，可得到各品种的最大相对电子传递速率rETRmax、初始斜率α与半饱和光强Ik。

2.2.1 最大相对电子传递速率比较 由图2可知，Dtps.Fusheng Sweet Paradise ‘Golden Leopard’的最大相对电子传递速率（rETRmax= 59.383 ± 3.096 μmol·m-2·s-1）最高，Dtps.Chain Xen Queen（rETRmax=44.432 ± 1.428 μmol·m-2·s-1）次之；Dtps.Fuller’s Sunset的最大相对电子传递速率最小（rETRmax= 34.717± 3.026 μmol·m-2·s-1）；其他品种Dtps.Fuller’s Sunset ‘Golden Girl’和Phal.Taida Smile（按降序排列）的最大相对电子传递速率介于 37.000～41.000 μmol·m-2·s-1之间。

2.2.2 初始斜率比较 比较 5个蝴蝶兰黄花品系快速光曲线的初始斜率 α，结果如图 3所示。Dtps.Fuller’s Sunset ‘Golden Girl’的初始斜率（0.233 ± 0.028）最高；Dtps.Fuller’s Sunset（0.213 ± 0.024）次之；Dtps.Fusheng Sweet Paradise ‘Golden Leopard’和 Dtps.Chain Xen Queen（按降序排列）介于 0.180～0.210之间，其中Phal.Taida Smile的初始斜率最小（0.148 ± 0.005）。

图2 5个蝴蝶兰黄花品系最大相对电子传递速率比较Fig.2 Comparisons of rETRmax of RLCs in 5 cultivars of yellow Phalaenopsis

图3 5个蝴蝶兰黄花品系初始斜率比较Fig.3 Comparisons of α of RLCs in 5 cultivars of yellow Phalaenopsis

2.2.3 半饱和光强比较 5个蝴蝶兰黄花品系的半饱和光强Ik如图 4所示。Dtps.Fusheng Sweet Paradise ‘Golden Leopard’的半饱和光强（Ik = 288.425 ± 13.398 μmol·m-2·s-1）最高；Phal.Taida Smile和Dtps.Chain Xen Queen（按降序排列）介于 250.000～256.000 μmol·m-2·s-1之间；Dtps.Fuller’s Sunset ‘Golden Girl’和Dtps.Fuller’s Sunset较低，均低于200.00 μmol·m-2·s-1，其中Dtps.Fuller’s Sunset最低，仅有 166.310 ± 9.245 μmol·m-2·s-1。

需要指出的是，Dtps.Fusheng Sweet Paradise ‘Golden Leopard’具有最高的半饱和光强和最大相对电子传递速率；Dtps.Fuller’s Sunset具有最小的最大相对电子传递速率和半饱和光强。

图4 5个蝴蝶兰黄花品系半饱和光强比较Fig.4 Comparisons of Ik of RLCs in 5 cultivars of yellow Phalaenopsis

3 讨论

光强-光合速率曲线（P-I Curve）测量是了解植物光合作用对光强响应的重要手段，被广泛用于植物生理学、生态学、农学、林学、园艺学和遗传学等研究。曲线可以通过便携式光合作用测定仪进行叶片气体交换测定。通过Photosyn Assistant软件用经验方程对光响应数据进行计算和拟合，绘制而成的曲线一般可以分为光限制、光饱和与光抑制3个阶段，同时可以得到光补偿点、光饱和点、表观量子效率等重要数据。但是，以气体交换为原理的测量存在一些问题[2-3]：（1）耗时较长 一般一条P-I曲线需要20个点左右的数据，在每个光强下停留2～3 min，数值稳定后再记录光合速率值，因此，一条曲线不计算重复就需耗时40 min左右；（2）数据可靠性有待检验 曲线测量前，受测植株需要经过充分光合诱导，测得的光合速率才能反映叶片的稳态水平。测量前有无光合诱导，所得曲线差异较大，直接影响数据的可靠性。此外，利用经验方程拟合曲线所得的饱和光强亦不可靠，有时会低估饱和光强；（3）不适合CAM植物 CAM植物夜间气孔开放，吸收CO2，将CO2固定于苹果酸中，白天气孔关闭，CO2释放，参与C3途径，与C3、C4植物相比存在明显的时空不同步。传统的气体交换测量是根据一系列光强梯度下CO2吸收量计算光合速率绘制曲线，这与CAM植物的光合呼吸模式不符。笔者曾使用GFS3000（Walz，Germany）系统，试图测量蝴蝶兰的P-I曲线，但由于蝴蝶兰白天叶片气孔关闭，导致气孔导度很低，且光合速率无法稳定进行记录。同时，参考目前已发表的关于蝴蝶兰光合测定的研究[4]，由于所选用的技术手段不同，结果差异巨大，若以二氧化碳吸收作为指标，则光饱和点约为200.000 μmol·m-2·s-1左右，而如以叶圆片的氧气释放量为指标，则光饱和点约为 1354.000 μmol·m-2·s-1[4]，相差6倍以上。目前尚未见到通过传统气体交换系统测量绘制出蝴蝶兰P-I曲线的报道。

本研究利用调制叶绿素荧光技术，通过设置8个梯度，每个梯度持续时间20 s光化光照射叶片，得出相对电子传递速率rETR随光合有效辐射PAR变化的快速光曲线，该技术具有快速、测量过程对受测植株光合状态影响小的特点，目前被越来越多地应用于植物光合作用研究[5-6]；所得数据通过SPSS软件利用公式P = Pm×(1-e-α•PAR/Pm)×e-β•PAR/Pm拟合曲线得出相应的参数用于蝴蝶兰光合能力分析。

通过对5个蝴蝶兰黄花品系快速光曲拟合参数比较可以看出，除Phal.Taida Smile和Dtps.Fuller’s Sunset ‘Golden Girl’外，其他三个品系的最大相对电子传递速率rETRmax和半饱和光强Ik的趋势一致，有较高rETRmax的品系具有较高的Ik。Ik是植物强光耐受力的重要指标[7]，因此，具有较高强光耐受力的品系也相应具有较高的光合速率。

初始斜率α反映叶片光能利用效率，它与叶片的吸光系数Abs和PSⅡ对捕获光能的利用能力有关。由于本试验所用仪器MINI-PAM无法测量各品种叶片的Abs，因此无法用rETR公式进行计算，但仍可通过测得的α估计品种叶片Abs，结果显示，Phal.Taida Smile虽然有较高的Ik，具有较强的强光耐受力，但其α值均较低，因此其PSⅡ对捕获光能的利用能力也较低，导致其最大光合速率并不高；而Dtps.Fuller’s Sunset ‘Golden Girl’虽然Ik值较低，但有最高的α值，能更有效的利用光能，故其具有较高的光合速率。

综上所述，大部分品系可以按快速光曲线拟合所得的Ik大小来估测品系栽培需光量，但仍有少部分品系因其叶片的吸光系数Abs和初始斜率α的原因，导致其rETR的大小与Ik的趋势不一致，即品系光能利用效率存在差异。因此，根据本试验结果，将参试品系按光合能力强弱排列为：Dtps.Fusheng Sweet Paradise ‘Golden Leopard’、Dtps.Fuller’s Sunset ‘Golden Girl’、Dtps.Chain Xen Queen、Phal.Taida Smile、Dtps.Fuller’s Sunset。

其次，通过品系快速光曲线测定，得到参数Ik，估测品系栽培需光量，并结合品系rETRmax和α情况，综合评价品系光合能力强弱。生产上，可依据品系光合能力合理制定栽培温室的光环境管理模式，而非统一的光管理模式，这样不仅利于植株生长，同时可以有效提高温室大棚光能利用率，达到节能与增产的目的。

目前，快速光曲线已广泛用于植物光合能力测定[8-9]，因此，调制叶绿素荧光技术不仅可用于蝴蝶兰的光合能力快速测定，也可应用于其他光合生理研究。

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